第6章-表面粗糙度及检测(新)

公差配合与测量技术怀化职业技术学院---第六章表面粗糙度及测量本章学习目标规划：一、知识要点1、基本了解：表面粗糙度的基本概念；表面粗糙度对零件使用性能的影响；表面粗糙度的评定方式和方法；表面粗糙度符号和代号；2、重点了解：表面粗糙度的选用和标注方法；；二、技能目标：表面粗糙度的测量方法，着重讲解企业常用的方法。第6章表面粗糙度及测量学习指导

1、概述：1）表面粗糙度的概念；

2）表面粗糙度对零件使用性能的影响；

2、评定：1）主要术语及定义；

2）表面粗糙度的主要评定参数及数值；

3、选用：1）评定参数的选用；

2）评定参数值的选用；

4、标注：符号、代号、标准；

5、测量：比较法、光切法、针触法、干涉法、激光反射法等。第6章表面粗糙度及测量6.1概述6.1.1表面粗糙度产生原因：在机械加工过程中，由于刀具或砂轮切削后留下的刀痕、切屑分离时的塑性变形、工艺系统的高频振动及刀具和被加工表面摩擦等原因导致加工表面出现由许多微小而高低不平的峰谷组成的宏观和微观上的几何形状误差。第6章表面粗糙度及测量完工零件实际表面轮廓(放大图)6.1概述6.1.2概念1）表面粗糙度：指加工的零件表面产生的微小波峰和波谷的高低程度和间距状态。从微小波峰和波谷的高低程度考虑，当波长和波高之比一般小于40的程度时，属于表面粗糙度；从间距状态考虑，当波距小于1mm时属于表面粗糙度范畴；其反映的是零件表面所具有的微小峰谷的高低程度，实际上是表示零件表面微观几何形状误差。2）表面波纹度：由于加工中由机床、刀具、工艺系统的振动、回转体不平衡、发热等因素引起的。从微小波峰和波谷的高低程度考虑，当波长和波高之比一般处于40～1000之间的程度时，属于表面波度；从间距状态考虑，当波距处于1mm～10mm时属于表面波度范畴；会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响是相当大的。目前表面波纹度还没有制定国家标准。

3）形状误差：由于机床几何精度方面因素而导致的。从微小波峰和波谷的高低程度考虑，当波长和波高之比大于1000的程度时，属于形状误差；从间距状态考虑，当波距小于1mm时属于表面粗糙度范畴；其反映的是零件宏观几何形状误差，严重地影响零件的装配关系。第6章表面粗糙度及测量6.1概述6.1.3表面粗糙度对零件性能的影响：

1、摩擦和磨损：零件表面越粗糙，表面的摩擦系数就越大，零件表面的磨损就越快；表面过于光滑时，磨损下来的金属微粒为刻划的作用、润滑油被挤出、分子间的吸附作用被破坏等，也会加剧磨损。

2、配合性质：粗糙度会影响配合稳定性。若是间隙配合，表面越粗糙，会导致间隙增大；若是过盈配合，使实际的过盈小于理论过盈量，降低了连接的强度。

3、疲劳强度：粗糙的零件表面，在交变载荷作用下，对应力集中很敏感，因而会降低零件的抗疲劳强度。

4、抗腐蚀性：零件表面越粗糙，则腐蚀介质容易存积在粗糙表面的凹谷，再渗入金属的内层，造成锈蚀。

5、密封性能：密封性粗糙表面结合时，两表面只在局部点上接触，中间将会存在缝隙，从而降低密封性能。第6章表面粗糙度及测量6.1概述6.1.4零件表面粗糙度国家标准：最早使用的国家标准（表面光洁度国家标准）：

GB1031-68；GB131-74过去的标准(表面粗糙度国家标准-旧标准)：GB/T3505-1983《表面粗糙度—术语、表面及其参数》GB/T1031-1995《表面粗糙度参数及其数值》GB/T131-1993《机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法》现在实施的标准(表面粗糙度国家标准-新标准)：GB/T3505-2000《产品几何技术规范表面结构轮廓法表面

结构的、定义及参数》GB/T1031-1995《表面粗糙度参数及其数值》GB/T131-1993《机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法》表面光洁度与表面粗糙度对照表第6章表面粗糙度及测量6.2表面粗糙度评定第6章表面粗糙度及测量6.2.1表面粗糙度主要术语及定义(1)取样长度lr(旧标准中用l)：

用于评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度。应与表面粗糙度的大小相适应。规定取样长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响，一般在一个取样长度内应包含５个以上轮廓波峰和轮廓波谷。表面越粗糙，取样长度就越大。(2)评定长度ln：

为了全面、充分地反映被测表面的特性，在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。评定长度可包括一个或多个取样长度。表面不均匀的表面，宜选用较长的评定长度。通常评定长度一般按5个取样长度来确定（ln=5lr）。第6章表面粗糙度及测量(3)轮廓中线m：

评定定量计算表面粗糙度数值的基准线。它是具有与被测表面几何形状一致的几何轮廓形状，并将被测轮廓加以划分的线，它是计算各种轮廓参数的基础。

确定轮廓中线的方法：

★轮廓的最小二乘中线m：在取样长度内，使轮廓上各点至该线的距离平方和为最小。即：

★轮廓算术平均中线m：在取样长度内，将实际轮廓划分上、下两部分，且使上、下面积相等的直线。即：

F1+F2+…+Fn=G1+G2+…+Gm第6章零件表面粗糙度的检测6.2.2表面粗糙度主要评定参数及其数值

1、国标规定表面粗糙度主要评定参数

1）高度参数（轮廓幅度参数Ra、Rz）

2）间距参数（轮廓平均宽度参数Rsm）

3）综合参数（轮廓支承长度率Rmr(C)）第6章零件表面粗糙度的检测6.2.2表面粗糙度主要评定参数及其数值高度参数有三个指标参数：轮廓算术平均偏差Ra（新标准中用Ra）微观不平度十点高度Rz（新标准没有）轮廓最大高度Ry（新标准中用Rz）高度参数是表面粗糙度的基本参数。在实际表面粗糙度评定中，如无特殊要求，一般使用高度参数中的轮廓算术平均偏差Ra。第6章表面粗糙度及测量6.2.2表面粗糙度评定参数及其数值间距参数高度参数不能完全反映出零件表面粗糙度的特征。国家标准另外规定了间距参数和综合参数。间距参数有两个指标参数：轮廓单峰平均间距S（新标准没有）不讲解轮廓微观不平度的平均间距Sm（新标准中用轮廓单元平均宽度Rsm）ll第6章表面粗糙度及测量6.2.2表面粗糙度评定参数及其数值综合参数综合参数有一个指标参数：轮廓支承长度率Rmr(c)

（旧标准中用tp

）综合参数与表面粗糙度的形状有关，它影响表面的耐磨程度。第6章表面粗糙度及测量6.2.2表面粗糙度评定参数及其数值轮廓支承长度率Rmr(c)

：（旧标准中用tp

）

平行于中线且与轮廓峰顶线相距为C的直线与轮廓相截所得各截线（Ml）之和，称为轮廓支承长度Ml(C)。

Ml(C)与评定长度ln之比的百分数值就是Rmr(c)

。Rmr(c)表示了耐磨擦、磨损的程度水平截距c值可用微米或c与Rz百分比值表示：

5，10，15，20，25，30，40，50，60，70，80，90%Rmr(c)的大小反映了轮廓表面峰谷的形状。其值越大，表面实体材料越长，接触刚度和耐磨性越好。图例图表第6章表面粗糙度及测量表面粗糙度轮廓波纹度轮廓宏观形状轮廓λ实际表面轮廓完工零件实际表面轮廓图例图表第6章表面粗糙度及测量表面粗糙度与表面光洁度的对照表表面粗糙度Ra（1）0.0120.0250.050.100.200.400.801.603.206.3012.52550100Ra（2）0.010.020.040.080.160.320.631.252.5510204080表面光洁度等级▽14▽13▽12▽11▽10▽9▽8▽7▽6▽5▽4▽3▽2▽1注：（1）（2）分别表示表面粗糙度第一系列和第二系列，通常设计优先选用第一系列图例图表第6章表面粗糙度及测量中线lnl取样长度l和评定长度ln

llll0.008~0.02>0.02~0.1>0.1~2.0>2.0~10.0>10.0~80.0Ra/mRz/mlr/mmln/mm0.025~0.10>0.10~0.50>0.50~10.0>10.0~50.0>50.0~320.00.080.250.802.508.00.41.254.012.540.0常用取样长度及评定长度图例图表第6章表面粗糙度及测量轮廓最小二乘中线轮廓算术平均中线lryi轮廓最小二乘中线第6章表面粗糙度及测量6.2.2表面粗糙度评定参数及其数值轮廓算术平均偏差Ra：

在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的算术平均值，即y1y2yn-1ynlm第6章表面粗糙度及测量6.2.2表面粗糙度评定参数及其数值轮廓最大高度RZ在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点。

Rz=︱ypmax︱+︱yvmax︱Rz第6章表面粗糙度及测量6.2.2表面粗糙度评定参数及其数值间距参数（轮廓单元的平均宽度RSm）轮廓单元是轮廓峰和轮廓谷的组合。在一个取样长度内轮廓单元宽度的平均值。第6章表面粗糙度及测量

图例图表6.3表面粗糙度参数的选择表面粗糙度参数的选择应考虑零件的工作条件、性能要求、表面功能和测量水平GB/T1031-1995规定，高度特征参数是基本的评定参数，应优先考虑Ra。

＊确定表面粗糙度参数考虑原则：

1、在满足表面性能要求的前提下尽量选用较大的粗糙度参数值；

2、工作表面的粗糙度参数值应小于非工作表面参数值；

3、配合表面粗糙度参数值应小于非配合表面参数值；

4、运动速度高、单位压力大的摩擦表面粗糙度参数值应小于运动速度低、单位压力小的摩擦表面粗糙度参数值；

5、受交变载荷时,特别是在零件圆角、沟槽处表面粗糙度要求更严；

6、同一公差等级时，轴比的表面粗糙度要求更严；

7、在确定零件配合表面粗糙度时，应与尺寸公差、形位公差相协调，一般应满足：

T>t形位>Ra。一般情况下，设形状公差为T，尺寸公差为IT，三者关系可参照以下对应关系（Ra最大允许值）：

若T≈0.6IT，则Ra≤0.05IT；Rz≤0.2IT

T≈0.4IT，则Ra≤0.025IT；Rz≤0.1IT

T≈0.25IT，则Ra≤0.012IT；Rz≤0.05IT

T＜0.25IT，则Ra≤0.15IT；Rz≤0.6IT

通常：一般接触面Ra值取6.3～3.2m，配合面Ra值取0.8～1.6m，钻孔表面Ra值取12.5～6.3m。。

6.3表面粗糙度的选用第6章表面粗糙度及测量

6.4.1表面粗糙度符号、代号及标注表面粗糙度符号6.4表面粗糙度的符号、代号、标注第6章表面粗糙度及测量6.4.2表面粗糙度符号、代号及标注表面粗糙度的代号(e)bC(f)a1a2da1，a2——粗糙度幅度参数代号及其数值（mm）；b——加工方法、镀涂或其他表面处理及说明等；c——取样长度（mm）；d——加工纹理方向符号；e——加工余量（mm）；f——粗糙度间距参数值(S,Sm)

与轮廓支承长度率（tp）

第6章表面粗糙度及测量6.4.3表面粗糙度符号、代号及标注表面粗糙度轮廓高度参数的标注第6章表面粗糙度及测量6.4.3表面粗糙度代号及标注表面粗糙度轮廓高度参数的标注(续)第6章表面粗糙度及测量6.4.4表面粗糙度符号、代号及标注表面粗糙度标注说明：标注时将其标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面；高度参数：当选用Ra时，只需在代号中标出其参数值，“Ra”本身可以省略；当选用Rz或Ry时，参数和参数值都应标出；第6章表面粗糙度及测量6.4.4表面粗糙度代号及标注表面粗糙度标注说明：当所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注最大值或最小值；取样长度：如按国标选用，则可省略标注；表面加工纹理方向：指表面微观结构的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成，必要时才规定。常见加工纹理方向符号如下：

=（纹理平行于标注代号）⊥（纹理垂直于标注代号）

X（纹理呈两相交的方向）M（纹理呈近似各个方向）

C（纹理呈近似同心圆）R（纹理呈近似放射状）

P（纹理无方向或凸起的细粒状）第6章表面粗糙度及测量6.4.4表面粗糙度符号、代号及标注表面粗糙度标注举例b)c)d)a)0.86.3铣3.23.2(5)3.2

d）如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹理方向符号。第6章表面粗糙度及测量6.4.4表面粗糙度符号、代号及标注表面粗糙度代号标注示例12.512.53.23.23.2f其余2512.50.4M1.63.23.2ff6.5表面粗糙度的测量第6章表面粗糙度及测量6.5.1比较法：

将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。

要求：

1、被测表面的加工方法、形状及材质尽可能与粗糙度比较样块一致；

2、对于批量生产时，应先加工出一个合格件，并精确测量其表面粗糙度值，以它作为比较样块。

方法：目测法，可借助5-10倍放大镜进行目测评定。

表面粗糙度样板6.5表面粗糙度的测量6.5表面粗糙度的测量6.5.2光切法：

常用设备：用双管显微镜测量。选用范围：主要用于测量Rz和Ry值。光切原理：将一束平行光线以一定角度投射与被测零件表面上,光线与表面轮廓相交形成一光切面，同时在光切面处通过一套显微装置，将其表面的微观几何形状放大，在目镜中所观察到的放大图像即反映了被测表面的微观几何形状，如下面图示。光切法特点：

1）解决了工件表面微小峰谷深度的测量问题,避免了与被测表面的接触，可测零件表面的轮廓峰谷的最大和最小高度。

2）它能判别国家标准GB/T1031-1995所规定测量Rz范围0.5～60μm微米，即原标准▽3-▽9级表面光洁度。

3）对于表面划痕、刻线或某些缺陷的深度也可用来进行测量。

6.5表面粗糙度的测量双管显微镜外形图双管显微镜光路原理图6.5表面粗糙度的测量6.5.3干涉法：

原理：利用光波干涉原理测量零件表面的峰谷高度。设备：干涉显微镜。适用：主要用于Rz和Ry参